鏈式STATCOM中H橋逆變器效率優(yōu)化和電容電壓平衡等問題研.pdf

1、靜止同步補償器(STATCOM)是柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)中的一項核心裝置。本文對H橋串聯(lián)型鏈式STATCOM的關鍵技術進行深入研究,重點研究效率優(yōu)化、電容電壓平衡控制、H橋單元冗余以及不對稱負荷補償問題。本研究主要內容包括：
　?、沤Y合不連續(xù)脈沖寬度調制(DPWM)和載波相移脈沖寬度調制(CPS-PWM),提出了大容量鏈式多電平變換器的CPS-DPWM(Carrier Phase Shifted Discontinuous

2、 Pulse Width Modulation)方法。闡述了CPS-DPWM方法的原理,分析了功率因數(shù)角、開關頻率、載波相位與開關損耗的關系,分別推導出同相方式和異相方式的頻域輸出電壓公式。
　?、铺岢隽穗娙蓦妷浩胶饪刂品椒ǖ脑u價指標——損耗差異電阻ΔR及其平衡控制電壓無差工作區(qū)。該評價指標可用來衡量鏈節(jié)損耗差異的程度和電容電壓平衡控制算法的控制能力。通過理論推導證明,電容電壓平衡控制方法的控制能力存在極限。
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3、梯波調制法時鏈式STATCOM的三種電容電壓平衡控制策略,分別為:基于選擇開通方式平衡電壓的控制方法：基于分配最優(yōu)觸發(fā)脈沖平衡電壓的控制方法；通過預測電壓誤差來平衡電壓的控制方法。闡述了三種方法的控制原理和實現(xiàn)方式,對比分析了三種方法的控制能力、動穩(wěn)態(tài)性能、適用范圍、算法復雜度等性能指標。
　?、葘⑤d波層疊PWM調制技術引入鏈式STATCOM,分析了載波層疊和載波相移這兩種多載波調制技術的基本原理。采用MATLAB/Simulin

4、k軟件分別對采用這兩種方法時的輸出相電壓波形進行了諧波分析和對比。在鏈式STATCOM實驗平臺上對兩種調制策略進行了分析比較。針對載波層疊PWM法的特點,提出了一種適用于載波層疊 PWM法的電容電壓平衡控制方法,該方法通過分段調節(jié)各個鏈節(jié)三角載波的幅值,實現(xiàn)了所有鏈節(jié)的電容電壓平衡控制。
　?、商岢隽艘环N適用于不對稱負荷補償?shù)逆準絊TATCOM控制系統(tǒng)方案。該方案針對主要由串聯(lián)等效電阻引起的鏈式STATCOM非線性特性,采用數(shù)據擬

5、合的方法對輸出電納與移相角度δ之間的非線性關系進行擬合。采用了結合ip-iq法和對稱分量法的分相導納檢測算法,使基波檢測延遲時間固定,進而將控制系統(tǒng)設計為二階最佳阻尼比系統(tǒng)。將負載導納前饋方法和母線導納反饋方法結合,提高了控制系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)態(tài)精度,進而將控制系統(tǒng)設計為無超調二階臨界阻尼比系統(tǒng)。
　　⑹針對鏈式STATCOM的H橋冗余問題,提出了一種H橋冗余的冷備用方案。在此基礎上,提出了一種帶中間微直流母線的H橋單元自取能供電

6、電源拓撲結構。這種自取能供電電源同時從H橋自身直流電容和相鄰的直流電容上向中間微直流母線電容供電,實現(xiàn)了H橋單元的N+1或者N+2冗余運行,并通過動態(tài)調整從各個H橋電容所獲取的能量的大小,實現(xiàn)電容電壓的自平衡控制。在分析了50Hz階梯波調制方式鏈式 STATCOM的電容電壓波動特點的基礎上,提出了一種基于H橋自取能電源的改進型電容電壓自平衡控制方法。
　　⑺設計并搭建了380V/7A的鏈式STATCOM實驗系統(tǒng),對CPS-DPWM